L’association avec une bactérie symbiotique enrichit la diversité du puceron du pois

Le puceron du pois Acyrthosiphon pisum et la bactérie Hamiltonella defensa sont deux organismes en symbiose : si le puceron offre un toit à la bactérie, cette dernière lui fournit une protection non négligeable contre son principal ennemi, une guêpe parasitoïde. Des chercheurs de l’Institut de Génétique Environnement et Protection des Plantes (IGEPP) du centre Inra Rennes Bretagne-Normandie se sont intéressés à la variabilité de cette protection. Leurs résultats publiés dans la revue Evolutionary Ecology montrent que le niveau de protection conférée par cette bactérie dépend de nombreux facteurs comme le type de souches de H. defensa et la présence d'autres bactéries associées aux pucerons.

. © Inra, Bernard Chaubet
Par Irène TROIN
Mis à jour le 02/03/2017
Publié le 02/03/2017

Pucerons et bactéries, une affaire qui marche

Les associations symbiotiques entre un microorganisme et un hôte animal sont très répandues dans le monde vivant. Deux organismes sont dits en symbiose lorsque l’association est durable et n’entraîne pas de désavantages aux deux partis. Presque tous les animaux sont l’hôte d’au moins une bactérie. Chez l’Homme, les bactéries du système digestif sont dix fois plus nombreuses que les cellules du corps humain. Bien que discrets, les symbiotes microbiens jouent un rôle crucial dans l’écologie et l’évolution de leurs porteurs en modifiant leur phénotype, c’est-à-dire l’ensemble de leurs caractères observables. Certains symbiotes assurent des apports nutritionnels à leurs porteurs, d’autres leur fournissent une protection contre un ennemi. Un des symbiotes du puceron du pois, la bactérie H. defensa, fait partie de cette dernière catégorie. Le microorganisme confère aux pucerons qui l'hébergent une protection contre les attaques des guêpes parasitoïdes, leurs principaux ennemis naturels. Ces guêpes pondent leurs œufs à l’intérieur du corps du puceron. En se développant, la larve finit par tuer son puceron hôte. Si le puceron est associé à H. defensa, le développement de l’œuf est bloqué par des toxines secrétées par la bactérie.

Afin de comprendre comment ce symbiote microbien modifie le phénotype des pucerons du pois, les scientifiques de l’équipe Ecologie et Génétique des Insectes de l’unité de recherche Inra IGEPP ont analysé les effets liés à la présence d'H. defensa dans différentes lignées de pucerons sur des plantes distinctes (pois, luzerne, trèfle, bugrane épineuse, genêt des teinturiers…).  Un des défis des scientifiques a été de recréer en laboratoire les conditions de vie des pucerons, notamment la grande diversité des relations symbiotiques qu’ils possèdent, pour étudier au mieux l’effet de la bactérie sur leurs caractéristiques.

Une symbiose protectrice variable et dépendante de nombreux paramètres

Trente lignées de pucerons ont été étudiées : chacune différait pour sa composition symbiotique et la plante à laquelle elle est adaptée. La composition symbiotique était de trois sortes : puceron seul, puceron en symbiose avec la bactérie H. defensa, et puceron en symbiose avec deux bactéries dont H. defensa. Pour chaque lignée, le taux de parasitisme a été mesuré. Un taux de parasitisme faible en présence du symbiote signifie que la bactérie confère un fort niveau de protection au puceron. Les résultats ont montré que certaines lignées sont entièrement protégées des attaques de la guêpe lorsqu'elles hébergent H. defensa. A l’inverse, des lignées peuvent être sensibles au parasitisme malgré l'association symbiotique. Ces différents phénotypes de protection sont en grande partie dus à la diversité des souches d'H. defensa et plus largement à la composition symbiotique.

Les chercheurs se sont également intéressés à l’impact de la plante sur laquelle vit le puceron. Abriter une bactérie symbiotique n’est pas sans coût : pour se développer, les bactéries peuvent affaiblir les pucerons qui les hébergent. Les travaux montrent que ces coûts varient selon les souches bactériennes et selon l'environnement local des pucerons. Une lignée entièrement protégée contre le parasitisme pourra en contrepartie avoir une fécondité et une espérance de vie plus ou moins altérées suivant la plante sur laquelle elle habite. La nature du symbiote bactérien, le type d’association mis en place, les éventuelles co-infections et l’environnement local sont autant d’éléments clés qui agissent sur la dynamique d’évolution des associations symbiotiques. Parmi les milliers d’espèces de puceron existantes, une centaine d'entre elles dont A. pisum, représente une vraie menace agronomique et économique en se développant aux dépens des plantes cultivées et en transmettant des virus aux cultures : la compréhension des symbioses avec ces pucerons est donc essentielle.

Référence

Leclair, M., Pons, I., Mahéo, F. et al. Evol Ecol (2016) 30: 925. doi:10.1007/s10682-016-9856-1
http://link.springer.com/article/10.1007/s10682-016-9856-1?wt_mc=Internal.Event.1.SEM.ArticleAuthorOnlineFirst